미니어처 엔드밀로 가공하는 동안 결과를 최적화하는 방법

기계 산업에서는 일반적으로 미세 가공 및 소형 엔드밀을 직경이 1/8인치 미만인 모든 엔드밀로 간주합니다. 이것은 종종 허용 오차를 더 엄격한 범위로 유지해야 하는 지점이기도 합니다. 공구의 직경은 공구의 강도와 직접적인 관련이 있기 때문에 소형 엔드밀은 대형 엔드밀에 비해 상당히 약하므로 미세 가공 시 강도 부족을 고려해야 합니다. 반복적인 애플리케이션에서 이러한 도구를 사용하는 경우 이 프로세스의 최적화가 핵심입니다.

기존 엔드밀과 미니어처 엔드밀의 주요 절삭 차이점

런아웃

작업 중 런아웃은 아주 작은 양이 공구 맞물림과 절삭력에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 소형 공구에 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다. 런아웃은 플루트의 고르지 못한 맞물림으로 인해 절삭 부하를 증가시켜 일부 플루트가 기존 공구의 다른 플루트보다 빨리 마모되고 소형 공구의 파손을 유발합니다. 간헐적인 충격으로 인해 공구가 부서지거나 소형 공구의 경우 파손될 수 있으므로 공구 진동은 공구 수명에도 영향을 미칩니다. 작업을 시작하기 전에 설정의 런아웃을 확인하는 것은 매우 중요합니다. 아래의 예는 0.500" 직경 도구와 0.031" 직경 도구 사이의 런아웃의 0.001" 차이가 얼마나 되는지 보여줍니다.

칩 두께

칩 두께와 모서리 반경 사이의 비율(인선 준비)은 소형 공구의 경우 훨씬 작습니다. 이 현상을 "크기 효과"라고 ​​하며 종종 절삭 부하 예측 오류로 이어집니다. 칩 두께 대 모서리 반경 비율이 더 작을 때 커터는 재료를 전단하기보다는 쟁기질을 하게 됩니다. 이 쟁기질 효과는 본질적으로 얇은 두께의 칩을 절단할 때 모서리 반경에 의해 생성되는 음의 경사각 때문입니다.

이 두께가 특정 값보다 작으면(이 값은 사용 중인 도구에 따라 다름) 재료가 도구 아래에서 압착됩니다. 공구가 통과하고 칩 형성이 없으면 쟁기질한 재료의 일부가 탄력적으로 회복됩니다. 이러한 탄성 회복은 공구와 공작물 사이의 접촉 면적 증가로 인해 더 높은 절삭 부하와 마찰을 유발합니다. 이 두 가지 요인은 궁극적으로 더 많은 양의 공구 마모와 표면 거칠기로 이어집니다.

기존 대 미세 가공 응용 프로그램의 도구 편향

공구 편향은 기존 작업과 비교할 때 미세 가공 작업에서 칩 형성 및 작업 정확도에 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다. 공구 측면에 집중된 절삭력으로 인해 이송 반대 방향으로 구부러집니다. 이 편향의 크기는 공구의 강성과 스핀들에서 연장된 거리에 따라 달라집니다. 작은 직경의 도구는 작업 중 제자리에 고정하는 재료가 훨씬 적기 때문에 큰 직경의 도구에 비해 본질적으로 덜 뻣뻣합니다. 이론상 홀더에서 튀어나온 길이를 두 배로 늘리면 처짐이 8배 증가합니다. 엔드밀 직경을 두 배로 늘리면 처짐이 16배 줄어듭니다. 초소형 절삭 공구가 첫 번째 패스에서 파손되면 카바이드의 강도를 이기는 편향력 때문일 가능성이 큽니다. 다음은 도구 변형을 최소화할 수 있는 몇 가지 방법입니다.

공작물 균질성

공작물 균질성은 공구 직경이 감소함에 따라 의심스러운 요소가 됩니다. 이는 용기 표면, 불용성 불순물, 결정립계 및 전위와 같은 여러 요인으로 인해 재료가 예외적으로 작은 규모에서 균일한 특성을 갖지 않을 수 있음을 의미합니다. 이 가정은 일반적으로 커터 직경이 0.020" 미만인 도구에 저장됩니다. 재료 미세 구조의 균질성에 의문을 제기하려면 절단 시스템이 극도로 작아야 하기 때문입니다.

표면 마감

마이크로 머시닝은 기존 머시닝에 비해 버의 양이 증가하고 표면 거칠기가 발생할 수 있습니다. 밀링에서 버링은 이송이 증가하면 증가하고 속도가 증가하면 감소합니다. 가공 작업 중에 칩은 주요 전단 영역을 따라 공작물 재료의 압축 및 전단에 의해 생성됩니다. 이 전단 영역은 아래 그림 2에서 볼 수 있습니다. 앞에서 언급했듯이 칩 두께 대 모서리 반경 비율은 소형 애플리케이션에서 훨씬 더 높습니다. 따라서 절단 중에 소성 및 탄성 변형 영역이 생성되고 1차 전단 영역에 인접하게 위치합니다(그림 2a). 결과적으로 절삭날이 공작물의 경계에 가까울 때 탄성 영역도 이 경계에 도달합니다(그림 2b). 절삭날이 진행됨에 따라 소성 변형이 이 영역으로 퍼지고 연결 탄성 변형 영역으로 인해 경계에서 더 많은 소성 변형이 형성됩니다(그림 2c). 영구 버는 소성 변형 영역이 연결될 때 형성되기 시작하고(그림 2d) 칩이 슬립 라인을 따라 균열되면 확장됩니다(그림 2e). 칩이 가공물의 가장자리에서 마침내 분리되면 버가 남습니다(그림 2f).

소형 엔드밀을 위한 공구 경로 모범 사례

소형 공구의 취약성 때문에 공구 경로는 갑작스러운 절삭력의 양을 방지하고 여러 축을 따라 절삭력을 분산할 수 있는 방식으로 프로그래밍해야 합니다. 이러한 이유로 소형 공구 경로에 대한 프로그램을 작성할 때 다음 방법을 고려해야 합니다.

파트에 진입

원형 램핑은 x, y 및 z 평면을 따라 절삭력을 고르게 분산시키기 때문에 부품으로 축 방향으로 아래로 이동하는 가장 좋은 방법입니다. 특정 절삭 깊이에서 반경 방향으로 부품으로 이동해야 하는 경우 아치형 공구 경로를 고려하십시오. 이렇게 하면 절삭력이 한 번에 모두가 아니라 점차적으로 공구에 부하되기 때문입니다.

원형 경로의 미세 가공

선형 경로에서와 같이 원형 경로에 대해 동일한 속도와 이송을 사용해서는 안 됩니다. 이것은 복합 각속도(compounded angular velocity)라는 효과 때문입니다. 절삭 공구의 각 톱니는 스핀들에서 활성화될 때 고유한 각속도를 갖습니다. 원형 공구 경로가 사용되면 다른 각속도 성분이 시스템에 추가되므로 공구 경로의 외부 부분에 있는 톱니가 예상과 상당히 다른 속도로 이동합니다. 내부 순환 작업인지 외부 순환 작업인지에 따라 공구 이송을 조정해야 합니다. 피드를 조정하는 방법을 알아보려면 서클에서 달리기에 대한 이 문서를 확인하세요.

미니어처 엔드밀을 사용한 슬롯 가공

큰 슬롯과 같은 방식으로 미니어처 슬롯에 접근하지 마십시오. 미니어처 슬롯을 사용하면 더 큰 코어를 통해 도구의 강성을 증가시키기 때문에 가능한 한 많은 플루트가 도구에 필요합니다. 이는 편향으로 인한 공구 파손 가능성을 줄입니다. 플루트 수가 많을수록 칩이 배출될 공간이 적기 때문에 축방향 맞물림을 줄여야 합니다. 더 큰 직경의 공구를 사용하면 공구 직경의 50% – 100%를 줄일 수 있습니다. 그러나 플루트 수가 더 많은 미니어처 엔드밀을 사용할 때는 직경의 크기와 편향 위험에 따라 5% – 15%만 낮추십시오. 축 방향 맞물림 감소를 보상하려면 이송 속도를 높여야 합니다. 볼 노즈 엔드밀을 사용하면 이러한 가벼운 절입 깊이에서 칩이 얇아지고 고이송 밀처럼 작동하기 시작하기 때문에 이송을 더 높일 수 있습니다.

모퉁이에서 피드 속도 줄이기

부품의 모서리는 더 많은 도구가 부품과 맞물리면서 절삭력을 추가로 발생시킵니다. 이러한 이유로 모서리 주변을 가공할 때 공구에 이러한 힘을 점진적으로 도입하기 위해 이송 속도를 낮추는 것이 좋습니다.

마이크로머시닝 애플리케이션에서 클라임 밀링과 기존 밀링 비교

이것은 마이크로 머시닝과 관련하여 대답하기 다소 까다로운 질문입니다. 부품 인쇄에서 고품질 표면 마감이 요구될 때마다 클라임 밀링을 사용해야 합니다. 이러한 유형의 공구 경로는 궁극적으로 더 예측 가능하고 더 낮은 절삭 부하로 이어지며 따라서 더 높은 품질의 표면 조도를 제공합니다. 상향 밀링에서 커터는 절삭 시작 시 최대 칩 두께와 맞물려 공작물에서 멀어지는 경향이 있습니다. 설정에 강성이 충분하지 않으면 잠재적으로 채터 문제가 발생할 수 있습니다. 기존 밀링에서는 커터가 절단부로 다시 회전할 때 재료 속으로 스스로를 잡아당겨 절삭력을 증가시킵니다. 얇은 벽이 길고 섬세한 작업이 필요한 부품에는 기존 밀링을 사용해야 합니다.

결합된 황삭 및 정삭 작업

일부 경우 마무리 패스를 위한 부품 지원이 충분하지 않기 때문에 높고 얇은 벽 부품을 미세가공할 때 이러한 작업을 고려해야 합니다.

미니어처 엔드밀로 마이크로머시닝 작업을 성공적으로 수행하기 위한 유용한 정보

런아웃 및 편향 최소화 미니어처 엔드밀로 미세 가공할 때 가능한 한 많이. 이것은 열박음 또는 압입 도구 홀더를 사용하여 달성할 수 있습니다. 콜릿과의 섕크 접촉량을 최대화하고 작업 중 삐져나옴을 최소화합니다. 더 큰 도구는 더 적은 편향을 의미하므로 인쇄물을 다시 확인하고 가능한 가장 큰 엔드밀을 사용하고 있는지 확인하십시오.

• 적절한 절삭 깊이 선택 칩 두께 대 모서리 반경 비율이 너무 작으면 쟁기질 효과가 발생할 수 있습니다.
• 가능한 경우 공작물의 경도를 테스트 가공하기 전에 공급업체에서 광고하는 재료의 기계적 특성을 확인합니다. 이것은 작업자에게 재료의 품질에 대한 아이디어를 제공합니다.
• 코팅된 도구 사용 이러한 유형의 금속을 가공할 때 발생하는 과도한 열로 인해 철 소재에서 작업할 때 가능하면. 공구 코팅은 공구 수명을 30%-200% 증가시킬 수 있으며 미세 가공의 핵심인 더 빠른 속도를 가능하게 합니다.
• 지원 자료 사용 고려 마이크로 머시닝 적용 중 버의 출현을 제어합니다. 지지 재료는 공작물의 원래 가장자리의 강성을 증가시킬 뿐만 아니라 보조 지지력을 제공하기 위해 공작물 표면에 증착됩니다. 작업 중 지지재가 가공물보다 버가 되어 소성 변형됩니다.
• 홍수 냉각수 사용 절삭 부하를 낮추고 표면 조도를 향상시킵니다.
• 도구 경로 조사 약간의 조정이 미니어처 도구의 수명을 연장하는 데 큰 도움이 될 수 있으므로 적용해야 합니다.
• 공구 형상 재확인 가공할 재료에 적합한지 확인하십시오. 가능한 경우 가변 피치 및 가변 나선 도구를 사용하십시오. 이렇게 하면 일반적으로 소형 도구가 실행되는 예외적으로 높은 RPM에서 고조파가 감소합니다.